大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建與繪制.pdf

1、隨著三維掃描、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和科學(xué)仿真等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的拉動，包含上千萬甚至數(shù)十億幾何圖元的三維網(wǎng)格模型變得十分普遍，如何實(shí)現(xiàn)這些模型的交互式繪制成為迫切需要解決的難題。多分辨率技術(shù)作為一種非常有效的繪制加速技術(shù)，一直得到廣泛的應(yīng)用。但是對于大型三維網(wǎng)格模型而言，這種技術(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)本身存在諸多難點(diǎn)。受限于內(nèi)存容量，網(wǎng)格模型的幾何數(shù)據(jù)及其輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不能完全裝載進(jìn)內(nèi)存，無法直接應(yīng)用傳統(tǒng)的多分辨率構(gòu)建與繪制算法；受限于總線帶寬和CP

2、[J處理能力，大型三維網(wǎng)格模型的多分辨率構(gòu)建普遍耗時(shí)很長。本文在深入研究近年來大型三維網(wǎng)格模型簡化和多分辨率技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過分析比較各種方法的關(guān)鍵思想及其優(yōu)缺點(diǎn)，提出并實(shí)現(xiàn)了能夠有效減少大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建時(shí)間的并行構(gòu)建算法，以及兼顧構(gòu)建速度和繪制質(zhì)量的大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建與繪制算法，研究并實(shí)現(xiàn)了適用于拓?fù)鋸?fù)雜、局部深度相差較大模型的大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建與繪制算法，最后把上述成果擴(kuò)展到網(wǎng)格(Grid)環(huán)境上。本

3、文的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
　　 1．針對基于外存八叉樹的大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建算法，提出了基于子樹的任務(wù)分割策略和基于基準(zhǔn)測試的動態(tài)構(gòu)建任務(wù)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)大型三維網(wǎng)格模型的多分辨率并行構(gòu)建和負(fù)載平衡，有效地提高了大型三維網(wǎng)格模型的多分辨率構(gòu)建速度。
　　 2．完成了基于自適應(yīng)空間聚類的大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建與繪制算法，既提高了簡化質(zhì)量，又保持了空間聚類算法的高效性。本文采用適應(yīng)性八叉樹對模型的

4、包圍盒進(jìn)行劃分，自頂向下構(gòu)建模型的多分辨率層次結(jié)構(gòu)，較好地保持了原模型的細(xì)節(jié)分布；并對多分辨率層次結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)所包含的三角形片段進(jìn)行網(wǎng)格排布優(yōu)化，降低緩存的平均失配率；在實(shí)時(shí)繪制時(shí)，采用基于視點(diǎn)的細(xì)節(jié)層次選擇策略進(jìn)行模型的細(xì)化，以及通過數(shù)據(jù)預(yù)取機(jī)制來隱藏磁盤I/O延時(shí)，進(jìn)一步提高繪制性能。
　　 3．完成了基于表面分割的大型三維網(wǎng)格模型多分辨率構(gòu)建與繪制算法，提供最精細(xì)的頂點(diǎn)粒度細(xì)化選擇，保證最佳的繪制質(zhì)量。該算法采用雙層次結(jié)

5、構(gòu)，由漸進(jìn)網(wǎng)格簇來表示模型的簇層次結(jié)構(gòu)，用于視點(diǎn)相關(guān)的粗粒度細(xì)化，而由簇節(jié)點(diǎn)內(nèi)漸進(jìn)網(wǎng)格構(gòu)建頂點(diǎn)樹層次結(jié)構(gòu)，用于精細(xì)粒度的局部細(xì)化。本文采用GPU實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)網(wǎng)格頂點(diǎn)樹的視點(diǎn)相關(guān)并行細(xì)化，極大地提高了模型的局部細(xì)化速度，減輕了CPU的負(fù)載，使其能夠在GPU進(jìn)行局部細(xì)化時(shí)并行執(zhí)行數(shù)據(jù)的預(yù)取，從而更為有效地隱藏?cái)?shù)據(jù)的I/O延遲。
　　 4．在前期的交互式可視化網(wǎng)格(Grid)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)上，通過擴(kuò)展其運(yùn)行時(shí)環(huán)境層，為大型三維網(wǎng)格模型的多